在一场毁灭性的世界大战后，地球只剩机器人们和唯一人类女性存活着，而这少女名字就叫做『遥』，在其身旁有五位机器人们的相伴。而对于醒来之前的记忆都没有的遥，为了寻找其失去的记忆而离家出走，却遇到了同样是人类的少年卡那特……那么，人类真的就只剩下他们两人了吗？还是说，人类已经去了别的星球？
“一直…想和你接触”——王子×竞争者。 本应该争夺女主角的……不知为什么王子瞄准了我…！？ 转生到小说世界的罗尼尔，本来是阻碍故事主角恋爱道路的“碍事角色”，很好地把握了自己的立场，为了不因妨碍而定罪，拼命地避开英雄王子埃里克……没想到王子竟然沉迷于罗尼尔！？ “明明是新手，却很容易有感觉，多么可爱的身体啊……”在拒绝的时候，却被当成了欲拒还迎—— 诶……为什么和小说不一样呢！？
故事发生在名为赫尔沙雷姆兹·罗特的虚构城市中，时空扭曲让异世界和人类世界发生了联结，生活在异世界中的古老种族“血界眷属”因此降临，给人类的安全造成了极大的威胁。为了维护世界的和平，一个名为“秘密结社莱布拉”的秘密组织在暗地里活跃地行动着。 雷欧（阪口大助 配音）本是一个平凡的少年，机缘巧合之下，他误打误撞加入了莱布拉，成为了惩奸除恶的一份子，继而结识了外表粗犷内心温柔的克劳斯（小山力也 配音）、个性开朗油嘴滑舌的扎普（中井和哉 配音）和外表普通实则是狼人的钱皇（小林优 配音）等人。这些志同道合的好友让雷欧的生活拉开了别样的序幕。
2022年，人类实现了现实世界和假想空间的融合，电子制造商开发了名为《刀剑神域（Sword Art Online）》的在线电子游戏。SAO甫一面世便大受好评，限量一万份的名额在发售当天的短时间内便被抢购一空。通过联网，玩家可以身临其境进入充满想象力和异域风情的游戏世界——浮游城市艾恩葛朗特。玩家在这里可以生活、练武、升级、经商、探险，与真实世界别无二致，却拥有无上的乐趣。曾是少数封测玩家的桐人（松冈祯丞 配音）也是这一万名幸运者中的一员。最初的兴奋过后，玩家们却发现根本无法顺利登出游戏，更为恐怖的是，一旦玩家的HP归零，现实世界中他们的肉体也将死亡。他们被SAO的开发者茅场晶彦（山寺宏一 配音）困在游戏中，顺利逃脱的方法似乎只有一个，那就是完成困难重重的攻略任务…… 本片根据川原砾的轻小说改编。
